Strom in Reihen- und Parallelschaltungen Leitfaden

Übersicht

Der Fluss elektrischer Ladung folgt strengen Erhaltungssätzen. In einer Reihenschaltung gibt es nur einen Pfad für den Strom; in einer Parallelschaltung teilt sich der Strom in mehrere Pfade auf. Dieses Experiment hilft Ihnen, die Stromregeln in Reihen- und Parallelschaltungen durch Echtzeitsimulation und Datenvergleich zu entdecken.

Hintergrund

• Voltasche Säule: Im Jahr 1800 erfand Volta die Batterie und machte die Untersuchung stetiger elektrischer Ströme möglich.
• Kirchhoffsche Gesetze: Im Jahr 1845 schlug Gustav Kirchhoff Schaltungsgesetze vor, die die Erhaltungsbeziehungen von Knotenströmen und Maschenspannungen rigoros beschrieben.
• Ära der Elektrifizierung: Edison förderte zunächst Gleichstromnetze (DC) (mit Schwerpunkt auf parallelen Lasten), während Tesla Wechselstrom (AC) förderte und schließlich den Grundstein für moderne Stromsysteme legte.

Schlüsselkonzepte

Formeln & Herleitung

Experimentier-Schritte

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   Reihenstrom beobachten

   Wählen Sie "Reihenschaltung" im Bedienfeld. Setzen Sie $R_1=10\Omega$, $R_2=20\Omega$ und schließen Sie den Schalter. Beobachten Sie die Messwerte der Amperemeter $I$, $I_1$ und $I_2$. Sind die Ströme genau gleich, obwohl die Widerstände unterschiedlich sind?
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   Zur Parallelschaltung wechseln

   Schalten Sie die Schaltung auf "Parallelschaltung" um. Beobachten Sie, wie sich der Strom im Schaltplan aufteilt. Welche Beziehung besteht zwischen dem Hauptstrom und den Zweigströmen?
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   Stromaufteilung in Parallelschaltung untersuchen

   Halten Sie im Parallelmodus $R_1=10\Omega$ konstant und versuchen Sie, den Widerstand von $R_2$ zu erhöhen. Beobachten Sie die Änderungen in $I_1$ und $I_2$. Je größer der Zweigwiderstand, desto ____ Strom erhält er?
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   Formel für Gesamtstrom verifizieren

   Notieren Sie die Werte von $I_1$ und $I_2$ zu einem bestimmten Zeitpunkt und berechnen Sie, ob ihre Summe dem Gesamtstrom $I_{total}$ entspricht. Versuchen Sie, die Versorgungsspannung zu ändern, um zu sehen, ob diese Regel weiterhin gilt.

Lernergebnisse

• Lernen, zwischen den strukturellen Merkmalen von Reihen- und Parallelschaltungen zu unterscheiden.
• Experimentell die Regel verifizieren, dass der Strom in einer Reihenschaltung überall gleich ist.
• Experimentell die Regel verifizieren, dass der Hauptstrom in einer Parallelschaltung der Summe der Zweigströme entspricht.
• Den Effekt des Widerstands auf die Stromaufteilung in Parallelschaltungen verstehen: größerer Widerstand führt zu kleinerem Strom.

Praxisanwendungen

• Haushaltsstromkreise: Steckdosen und Lichter sind normalerweise parallel geschaltet, um sicherzustellen, dass, wenn ein Licht ausfällt, die anderen an bleiben und jedes Gerät Strom von der Hauptversorgung beziehen kann.
• Lichterketten: Alte Lichterketten verwendeten Reihenschaltungen, so dass, wenn eine Birne ausfiel, die gesamte Kette ausging.
• Armaturenbrett im Auto: Verschiedene Sensoren und Anzeigen sind parallel geschaltet, damit sie sich nicht gegenseitig stören.

Häufige Irrtümer

Weiterführende Literatur

• Wikipedia - Reihen- und Parallelschaltung